毕业设计（论文）-变速左支架镗削夹具设计（全套图纸）.doc

变速左支架镗削夹具摘 要机床夹具是在机床上加工零件时所使用的一种工艺装备，其主要作用是实现工件的定位和夹紧，它直接影响加工的质量、生产效率、生产成本和工人的劳动强度。所以，机械加工工艺准备中的一项重要工作就是机床夹具的设计。本文首先介绍了夹具所处的历史研究背景，通过查阅、整理和分析资料，了解了机床夹具的功能及其相关内容；通过对夹具的切实设计，学会了夹具设计的一般准则和具体的设计过程。此次设计以镗床夹具为例，首先对工件的加工工艺进行分析，确定多种定位方案和夹紧方案；然后通过定位误差和夹紧力的计算，从多种方案中选取最优方案；最后绘制夹具装配图及夹具中非标准零件图。本次设计是我们在毕业前对所学课程的一次深入、全面的总复习，为今后的设计工作提供一个历练的平台。关键词：镗床，夹具，设计，定位，夹紧全套图纸，加153893706Shift left bracket boring clampABSTRACTMachine tool fixture is a kind of process equipment used to machine parts on the machine tool, its main function is to position and clamp the workpiece, it directly affects the machining quality, production efficiency, production cost and labor intensy of workers. Therefore, an important work in mechanical processing technology is to design a reasonable set of machine tool fixture.Firstly, this paper introduces the historical background of the fixture. Through consulting, collating and analysising date, I understood the function of machine tool fixture and its related content; through the practical design of fixture, I learned the general principles and specific design process of the design of fixture. The design sets boring machine fixture as an example, first analysis of machining process of workpiece to define a plurality of positioning and clamping scheme; and then through the calculation of location error and the clamping force, choose the best scheme from many schemes; finally draw fixture assembly and fixture in non-standard parts diagram.This design is a general review in-depth, comprehensive course of study before our graduation and provides a training platform for future design work.KEY WORDS: boring machine，fixture，design，fix position，clamp9目录前言1第1章 机床夹具概述及设计准则与要求41.1 机床夹具概述41.1.1 机床夹具的分类41.1.2 机床夹具的作用及组成51.2 夹具设计准则与要求61.2.1 工装夹具设计的准则71.2.2 夹具设计的基本知识71.3 夹具的结构工艺性81.3.1 夹具良好工艺性的基本要求81.3.2 装配基准的选择8第2章 工件的定位102.1 工件的定位方案102.1.1 定位原理102.1.2 定位的类型102.1.3 工件的装夹方式112.1.4 定位方案的选取122.2 工件的定位误差172.2.1 定位误差的分析172.2.2 定位误差产生的原因182.2.3 定位误差的计算19第3章 工件的夹紧及夹紧计算203.1 工件的夹紧203.1.1 夹紧的基本理论203.1.2 夹紧力的确定213.2 夹具误差分析263.2.1 夹具误差分析与计算26第4章 夹具结构分析与设计274.1 夹紧装置的总体设计274.1.1 夹紧机构的类型274.1.2 夹紧机构的设计304.2 导向装置的总体设计314.2.1 导向装置324.2.2 镗床夹具的主要类型334.2.3 导向装置设计354.3 夹具体的总体结构设计364.3.1 夹具体的功能374.3.2 对夹具体的要求374.3.3 夹具体的结构设计38结论错误！未定义书签。谢 辞错误！未定义书签。参考文献错误！未定义书签。外文资料翻译错误！未定义书签。前言1. 机床夹具的发展趋势机床夹具是在机床上加工零件时所使用的一种工艺装备，是机械加工工艺系统中不可缺少的一要素。当机床技术被带向高速、精密、高效、复合、智能和环保的方向下时，夹具技术也正向着高效、精密、模块、组合、通用和经济的方向发展。（1） 高效是为了提高机床的生产效率，双面、三面、四面和多件装夹工件的夹具产品越来越多。为了缩短工件的安装时间，各种精密平口钳、自动定心夹紧、杠杆夹紧、气动或液压夹紧等装置不断的推陈出新。新型的电磁夹紧装置，其夹紧和松开工件的时间更短，而且使得夹具的结构更加简化，同时大大的减轻了工人的劳动强度。（2） 随着零件加工精度的不断提高，对机床的精度也有了更高的要求。为了降低定位误差，提高加工精度，可以制造精度要求更高的夹具。高精度夹具的定位孔距精度可以达到5，夹具支承面的垂直度可达到0.01300，平行度达到0.01500。机床夹具的精度已经可以提高到微米级，与此同时，为了适应不同行业的需求和满足经济性，夹具可分为不同的型号，以及具有不同级别精度标准的夹具供选择。（3） 夹具元件的模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系列化、标准化夹具元件，能够快速组装成各种夹具，这已经成为夹具技术开发的基点。模块化设计为计算机辅助设计与组装奠定了基础，cad技术的得以应用，可以方便的建立元件库和典型的夹具库。对夹具进行优化设计，可以为用户提供三维的实体组装夹具。（4） 夹具的通用性直接影响其经济性。采用模块化、组合式的夹具，一次性资金投入比较大，夹具经济性能的好坏，是受夹具系统的可重构性、可重组性以及可扩展性，应用范围，通用性和夹具的利用率等因素影响。2. 本课题国内外的研究动态就目前而言，中国的制造业突飞迅猛，以前的中国制造业大多使用刚性机床加工零部件，这样就导致零件改型或者生产单个零部件的周期比较长。伴随着科学技术的进步和生产力的发展，为了满足我国制造业的发展和各种不同产品的需求，这就要求机械工业能够不断提供先进的技术装备，研发新的产品品种。这样一来，就促使机械工业的生产形式发生了明显的变化，多品种、中小批量的生产渐渐的占据了优势。为了适应这一生产形式的变化，加工工艺和加工设备朝着柔性化的方向转变。随着国外柔性制造系统的提出，它的出现标志了机械制造业步入了一个新的发展阶段。柔性制造系统能够根据制造任务或生产的变化而迅速进行调整，适合于多品种，小批量的生产，这样一来就克服了原先机械生产线只适用于大批量生产的刚性特征。柔性生产方式将手工操作减少到最低，拥有很高的自动化特点，从而生产效率也显著提高。3. 研究的目的及意义夹具和机床的结合，成为机械加工中不可或缺的工艺装备。夹具的主要作用是实现工件的定位和夹紧，使得工件加工时能够相对于机床、刀具具有正确位置，它直接影响机械加工的质量、生产成本和生产效率以及工人的劳动强度。所以，机械加工工艺准备中的一项重要工作就是机床夹具的设计。机床夹具对机械制造具有重要意义：（1） 能稳定的保证工件的加工精度 用夹具装夹工件时，是由夹具保证工件相对于刀具和机床的位置精度，不受工人技术水平的影响，可使一批工件的加工精度保持一致性。（2） 提高生产效率 使用夹具装夹工件迅速，方便，安全，可靠，可显著的减少辅助时间，进一步提高生产效率。（3） 扩大机床的工艺范围 使用夹具实质上是对机床进行了部分改造，扩大了机床的工艺范围。（4） 减轻了工人的劳动强度，保证了实际的生产安全。为了更好的服务制造业的发展，因此对机床夹具的设计和研究具有十分重要的意义。4. 研究的基本内容，拟解决的主要问题（1） 合理运用大学期间所学过的专业课知识、理论以及在毕业生产实习中学到的实践理论知识，正确的解决镗床专用夹具设计中的工艺分析、工艺方案优化、工艺计算和夹具实际结构设计等一系列问题。（2） 提高自我设计的能力。通过对所给工件进行夹具设计，设计出一套满足该零件加工要求，具有经济高效，结构合理，操作简单，安全可靠的夹具，这是对自我设计能力的提升。（3） 根据零件的加工要求，对所要设计的夹具进行技术方面和经济方面的工艺分析。（4） 确定多种夹具设计方案，进行优化设计，从中选取最佳的夹具结构设计工艺方案。（5） 进行毛坯尺寸、夹具结构尺寸和公差的计算。（6） 学会如何查阅工程手册和相关设计资料。充分利用与本次夹具设计有关的各种资料，做到科学合理的运用。 第1章 机床夹具概述及设计准则与要求1.1 机床夹具概述1.1.1 机床夹具的分类夹具的分类有着不同的分类方法，常用的分类方法有以下几种。1. 按夹具的使用范围分类（1） 通用夹具 结构、尺寸已经标准化的，可加工一定范围内的不同工件的夹具。如车床、磨床上的三爪和四爪卡盘，铣床、刨床上的平口钳。此类夹具适应性强，可用来装夹一定形状和尺寸范围的工件。它的缺点是夹具的加工精度不高，较难加工形状复杂的工件，并且生产率较低，一般适用于单件小批量的工件加工。（2） 专用夹具 专门为某一工件的某一道工序设计制造的夹具。这类夹具常用于产品相对稳定，批量较大的生产中，可以获得很高的生产率和加工精度。其缺点是设计周期长，一次性投资较大。（3） 可调夹具 这类夹具的某些元件可以调整或更换，以适应多品种的工件加工。它还可以分为通用可调夹具和成组夹具两种。前者的通用范围比通用夹具更广，一般适用于同类产品不同品种的加工；后者就是一种专用的可调夹具，在多品种，中小批量的生产中有着广泛的应用。（4） 组合夹具 这一类夹具是采用标准的组合夹具元件、部件，特地为某一工件的某一道工序组装的夹具。它适用于位置精度要求较高的单件小批生产。（5） 随行夹具 这类夹具是能够在自动线和柔性制造系统中使用的夹具。它不仅要完成工件的定位和夹紧，还要作为运载工具将工件在机床间输送。2. 按使用机床分类按使用机床，夹具可以分为车床夹具、钻床夹具、铣床夹具、镗床夹具磨床夹具等等。3. 按夹紧的动力源分类按夹紧的动力源，夹具可以分为手动夹具、液压夹具、气动夹具、气-液增力夹具及电磁夹具等等。1.1.2 机床夹具的作用及组成1. 机床夹具的作用（1） 能稳定的保证工件的加工精度 用夹具装夹工件时，是由夹具保证工件相对于刀具和机床的位置精度，不受工人技术水平的影响，可使一批工件的加工精度保持一致性。（2） 提高生产效率 使用夹具装夹工件迅速，方便，安全，可靠，工件不需要划线、找正，可显著的减少辅助时间；工件在夹具中装夹后提高了自身的刚度，可以加大切削用量。（3） 扩大机床的工艺范围 使用夹具实质上是对机床进行了部分改造，扩大了机床的工艺范围。（4） 减轻了工人的劳动强度，保证了实际的生产安全。2. 机床夹具的组成尽管机床夹具的种类繁多，但是它们的工作原理大致是相通的。在各类夹具中，将作用相同的结构或元件加以概括，可以得出夹具一般共有的几个组成部分，这些组成部分不仅相互独立，而且相互联系。通过对夹具的介绍，可以把夹具主要归纳为以下几个部分：（1） 定位元件与定位装置 用于确定工件正确位置的元件或装置，例如定位销轴、支承钉等。（2） 夹紧元件与夹紧装置 用于固定工件已经获得的正确位置的元件与装置，例如压板、螺母等。（3） 对刀或导向装置 用于确定工件与刀具相互位置的元件，例如镗模套如图1-1所示，钻套1-2所示。图1-1 镗模套图1-2 钻套（4） 连接元件 用于确定夹具在机床上正确位置的元件，例如夹具体的工作台安装基面，可以保证镗套的轴线与镗床工作台平行。（5） 夹具体 用于将各种元件、装置连接在一块，并且由它将整个夹具安装在机床上。（6） 其他装置或元件 根据加工需要而设置的装置或元件，例如分度装置。 1.2 夹具设计准则与要求 1.2.1 工装夹具设计的准则1. 能够满足使用过程中工件定位的稳定性和可靠性。2. 具有足够的承载或夹持力，以保证工件在夹具上进行安全加工。3. 满足装夹过程中操作简单，方便，迅速，安全的要求。4. 需要保证易损零件是能够快速更换的。5. 尽可能避免结构过于复杂，从而造成成本昂贵。6. 满足夹具在更换或调整过程中重复定位的可靠性。7. 尽可能选用市场上质量有保证的标准品组成零件。8. 设计方案要遵循手动、气动、液压、私服的依次选用原则。9. 尽可能形成本公司内部产品的标准化和系列化。 1.2.2 夹具设计的基本知识1. 夹具设计的基本要求：（1） 机床夹具应具有足够的强度和刚度。（2） 工件在夹具上的夹紧应该安全可靠。（3） 夹具应满足工件加工的要求。（4） 易于操作，便于工人安装，拆卸工件。（5） 夹具的结构不应过于复杂，要便于机械加工。（6） 应具有较高的生产效率。2. 夹具设计的基本方法与步骤：（1） 设计前的准备1） 明确工件的年生产纲领2） 熟悉工件图样及分析技术条件3） 了解工艺规程中本工序的加工内容4） 查阅夹具的标准化和规格化资料5） 规划工件的装配工艺规程6） 确定夹具设计的技术条件（2） 设计的基本步骤1） 确定镗床夹具的结构方案a. 定位方案 首先应仔细分析本道工序的加工内容和加工精度要求，然后按照六点定位原理和本工序的加工精度要求，确定合理的定位方案和定位元件。b. 夹紧方案 确定夹紧力的方向、作用点，以及夹紧元件或夹紧机构，估算夹紧力的大小，要选择和设计动力源。c.夹具的总体形式 如镗床夹具中镗模套的形式。2） 镗床夹具装配图的绘制 总装配图尽可能按1:1的比例绘制，把工件视为透明体，用双点划线画出轮廓，画出定位面、夹紧面和加工表面。3） 夹具零件图的绘制 对装配图中的非标准零件均应绘制成零件图。4） 撰写夹具设计说明书3. 夹具制造的精度要求（1） 为了保证工件的加工精度，应使夹具的定位、制造和调整误差的总和不超过工序公差的三分之一。（2） 为了延长夹具的寿命增加其可靠性，应考虑夹具使用过程中的磨损问题，在不增加制造难度的前提下，应尽可能把夹具的公差定的小一些。（3） 夹具中的尺寸公差和技术要求，应该分别表示清楚。（4） 当装配夹具时采用调整法或修配法时，则可以适当的放大夹具零件的制造公差。1.3 夹具的结构工艺性1.3.1 夹具良好工艺性的基本要求1. 夹具整体结构的组成应该尽可能选用各种标准件或通用件，专用件占有的比例应尽量少。2. 各类专用零件或部件的结构形状应易于制造、测量和装配。3. 机床夹具应易于维护和修理。1.3.2 装配基准的选择1. 装配基准应选取夹具上的一个独立基准表面或线，其他元件的位置只对此表面或线进行调整或修配。2. 装配基准一旦加工完毕，其他位置和尺寸就不应该再有变动。而那些在装配过程中，自身的位置和尺寸如还需调整或修配的表面或线则不能作为装配基准。第2章 工件的定位2.1 工件的定位方案2.1.1 定位原理在设计夹具时，原则上应该选取工艺基准作为定位基准，但无论是工艺基准还是定位基准，都应该符合六点定位的原理。所谓六点定位原理就是采用六个按一定规则布置的约束点，以此限制工件的六个自由度，使工件在夹具中具有完全确定的位置。需要强调的是每个约束点只起到限制一个自由度的作用，而不能用一个以上的约束点来限制同一个自由度。所以，这六个自由点不是随意布置的。如图2-1所示图2-1 工件的六点定位 2.1.2 定位的类型 1. 完全定位 根据工件加工表面位置的要求，有时需要将工件的六个自由度完全限制，这种定位方式称为完全定位。2. 不完全定位 有时需要限制的自由度少于六个，这种情况仍能满足零件的加工要求，这种定位方式称为不完全定位。3. 欠定位 根据加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度却没有被完全限制，这种定位方式不能保证位置精度。104. 过定位 根据加工表面的位置尺寸要求，某自由度被两个或两个以上的约束重复限制，这种定位方式称为过定位。在设计夹具时，是否允许过定位，应该根据工件的不同定位情况进行分析。如果工件定位时出现过定位，将会产生以下不良后果：（1） 定位不稳定，增加了同一批工件在夹具中的位置不一致性。（2） 使工件和夹具定位元件产生夹紧变形。（3） 造成一些工件不能顺利与定位元件配合，发生干涉。在实际应用中，应根据具体的情况，采取以下措施，减少或避免过定位产生的不良后果：（1） 提高工件定位基准之间及定位元件工作表面之间的位置精度，减小过定位对加工精度的影响。（2） 改变定位方案，避免过定位。撤销重复限制自由度的支承或者将某一个支承改为辅助支承，再或者改变定位元件的结构，例如圆柱销改为菱形销，长销改为短销。（3） 在一些情况下，过定位又是允许的，而且是必要的，有时是不可避免的。对于那些刚性差的薄壁件、细长轴作为工件的定位基准时，为了减小切削力对工件和夹具定位元件的变形，保证加工过程中的定位稳定，又常常采用过定位的方式。如车床上车削细长轴时，就采用前后顶尖和中心架定位。2.1.3 工件的装夹方式所谓定位就是工件在机床加工时，按照定位基准的要求，将工件放在工作台上或者夹具里，确保它和刀具之间保持正确的相对位置。在加工过程中，还要保证工件的加工位置不变，这就需要夹紧，防止切削力或其他外力造成工件的加工位置发生变化。工件在机床上的装夹具有三种方式：（1） 直接找正装夹 工件安装到机床上，使用百分表或者划线盘上的划针目测找正工件的位置，以确保工件加工表面的位置精度，之后进行夹紧。缺点是每加工一个工件都要重复以上过程。（2） 划线找正装夹 有些笨重、粗大以及复杂的工件，首先在待要加工处划线，最后装夹到机床上，按照划线找正定位。（3） 夹具装夹 夹具可以使工件在机床上迅速、准确的装夹，通过事先调整好刀具与夹具之间的相对位置，这样可以保证一批工件在加工时，不需要逐个找正定位，而且保证了一批工件加工时的加工精度一致性。2.1.4 定位方案的选取工件在夹具中的定位，主要是依靠各种类型的定位元件来实现的。在机械加工中，尽管被加工的工件种类奇多、形状怪异，但是从基本结构来看，无外乎是由平面、圆柱面、圆锥面而组成。因此，在夹具设计中可以根据需要，选用下列各类型的定位元件。1. 平面定位元件 选用平面作为定位基准所使用的定位元件主要是基本支承，其包括固定支承、可调支承、自位支承及辅助支承。 图2-2 固定支承 图2-3 可调支承 图2-4 自位支承 图2-5 辅助支承 2. 圆孔表面定位元件 在机械加工中，以孔作为定位基准所选用的定位元件有定位销和定位心轴等。 图2-6 圆孔表面定位元件 3. 外圆表面定位元件 经常使用外圆表面定位的定位元件有V形块和定位套。 图2-7 工件以V形块定位 4. 组合表面定位元件 在实际生产中往往遇到的不是单一表面的定位，而是几个定位表面的组合。常见的组合定位有平面与平面的组合，平面与圆孔的组合，平面与外圆表面的组合，平面与其他表面的组合，锥面与锥面的组合等等。在加工箱体类零件时，通常采用一面两孔（一个大平面及与该平面相互垂直的两个圆孔组合）定位，在定位时，夹具上相应的定位元件是一面两孔。为了避免过定位时引起的工件安装干涉，两销中的一个应该采用菱形销，只限制一个自由度。对所要加工的工件变速左支架图2-8进行分析，由图可知要完成镗削至孔径尺寸27，该工件具有一个较大的平面和与该面相互垂直的两个孔，属于典型的一面两孔组合定位的方式。故该工件的定位方案是以孔径12菱形销定位，孔径20圆柱销定位，大平面166120两块支承板定位。图2-9给出了两块支承板的位置布置形式，以及菱形销的长轴方向应与两孔12和20的中心线连线垂直，避免产生过定位的现象。基准面采用大平面166120来定位，由于定位基面大，故定位安全可靠。同时，定位基面容易加工，可以获得较高的精度，这样就能易于保证1000.1孔27的位置精度。 图2-8 工件定位 由于工件呈现弯形，为防止工件在定位过程中产生翻转，所以又采用螺旋式辅助支承来提高其定位的稳定性，并且提高了工件的刚性和加工的精度。 图2-9 工件定位 图2-10 菱形销和圆柱销 图2-11 支承板1 图2-12 支承板2 采用一个大平面，一个短圆柱销和一个短菱形销的定位方式，限制了工件六个方向上的自由度，满足六点定位的原理，属于以上定位方式中的完全定位，可以满足工件加工表面的位置要求。2.2 工件的定位误差2.2.1 定位误差的分析工件在夹具上加工时的加工误差是由工艺系统各环节的静态、动态误差同时影响的结果。如果夹具设计合理，就可以减小甚至消除机床、刀具等对工件加工精度的影响。工件在夹具中安装，产生工件加工误差的主要因素可以归纳以下三个方面，如图2-13所示。图2-13 工件加工误差的组成 1. 安装误差 所谓安装误差是指工件在夹具中安装有关的加工误差，以AZ表示。它包含工件在夹具中定位不准确时所造成的定位误差D和工件在夹具中夹紧时工件和夹具变形引起的夹紧误差J。2. 对定误差 所谓对定误差指夹具相对于刀具及切削成形运动的位置有关的加工误差，以DD表示。3. 加工过程误差 工件在加工过程中与一些因素有关的加工误差称为加工过程误差，用GC表示。它包含工艺系统的受力变形、受热变形，加工方法的误差，由磨损等造成的加工误差。为了生产制造出合格的产品，应使各项加工误差之总和小于或等于规定的工件的相应公差，即为AZDDGC在设计夹具时，需要仔细分析计算AZ和DD。通常，初步估算时可粗略的按三项误差给予平均分配，各项不超过公差的1/3考虑，也就AZ1/3，DD1/3有时这种单向分配不能满足不等式要求时，也可以综合考虑，即AZDD2/32.2.2 定位误差产生的原因所谓定位误差是指一批工件在夹具中定位时，工件的工序基准在工序尺寸方向或加工要求方向上的最大变化量。然而，引起定位误差的原因有两项，即为基准不重合误差和基准位移误差。由图2-8所示可知，所镗孔的加工尺寸27的定位误差和孔的中心线与定位基面的尺寸公差有关。1. 基准不重合误差B所谓基准不重合误差是指在定位方案中，因为工件的工序基准和定位基准不重合所造成的加工误差。基准不重合误差的大小也就等于因为定位基准与工序基准不重合时所造成的 加工尺寸的变动范围。其可表示为：BAmaxAminSmaxSminTsS是定位基准与工序基准间的距离尺寸，叫做定位尺寸。值得注意的是，如果工序基准的变动方向与加工尺寸的方向有夹角时，基准不重合误差也就等于定位尺寸的公差在加工方向上的投影。2. 基准位移误差Y工件在夹具中定位时，由于定位副的制造公差与最小配合间隙的影响，使得定位基准在加工尺寸方向上出现位移，造成各个工件的位置不一致，产生的这个误差叫做基准位移误差。基准位移误差的 大小等于因定位基准与调刀基准不重合所造成的工序尺寸的最大变动范围。其可表示为：YAmxAminimaximini2.2.3 定位误差的计算本道工序是要镗削孔径至尺寸27+0.021/ 0，现计算其定位误差：（1） 在定位方案中，工件的工序基准与定位基准重合，故没有基准不重合误差，即基准不重合误差B0；（2） 在定位方案中，工件的调刀基准与定位基准重合，故没有基准位移误差，即基准位移误差Y0；（3） 工件的定位误差D等于基准不重合误差B与基准位移误差Y的总和，即DBY0经计算发现在此定位方案下，工件的定位误差D0，所以此定位方案为工件加工的最佳定位方案。19 第3章 工件的夹紧及夹紧计算3.1 工件的夹紧3.1.1 夹紧的基本理论在机械加工中，工件的定位和夹紧是紧密相连的两个过程，两者缺一不可。工件在定位后，必须要用一定的装置把工件稳定可靠地压紧夹牢在定位元件上。从而保证工件在后续的加工过程中，不至于因为切削力、工件的重力或者惯性力等的作用使工件的正确加工位置发生变化或者产生振动等不利因素，能够确保工件的加工精度，避免机床、刀具的损坏和发生危险的人身事故。1. 夹紧装置的组成图3-1 液压夹紧的铣床夹具夹紧装置由两个部分组成：（1） 动力装置 夹紧力来源于人力或者其他动力装置，用人力对工件进行夹紧的称为手动夹紧，用各种动力装置产生的夹紧称为机动夹紧。常用的动力装置有液压、气压、电磁等装置。（2） 夹紧机构 一般把夹紧元件和中间传递机构称为夹紧机构。夹紧元件是执行件，它直接与工件接触。中间机构的主要作用是改变作用力的大小和方向，夹紧工件后能实现自锁，保证夹紧的可靠性。图3-1所示是液压夹紧的铣床夹具，其中，液压缸4、活塞杆3、活塞5组成了液压动力装置，铰链臂2和压板1组成了铰链压板夹紧机构，压板1是夹紧元件。2. 夹紧机构设计的优劣，直接影响着夹紧的精度和加工的工作效率，对减轻工人的劳动强度也有很大的作用。因此，在设计夹紧机构时应满足以下的基本要求。（1） 夹紧装置在对工件夹紧时，不应该破坏原有的定位。所以，必须正确的选择夹紧力的方向及受力作用点。（2） 夹紧力的大小要可靠，适当，不应过大，也不应过小。过大，使工件夹紧变形，增大加工误差或工件表面损坏；过小，工件在加工过程中不稳定，易振动，也影响加工误差。（3） 夹紧装置的结构应简单合理，工艺性好，便于制造和维修，夹紧动作迅速、可靠，操作安全、方便。（4） 夹紧力或夹紧行程在一定范围内应该可以进行调整和补偿。（5） 夹紧装置应该具有良好的自锁性能，用以确保在源动力波动或消失后，仍然可以保持夹紧状态。3.1.2 夹紧力的确定夹紧力的确定包括确定夹紧力的方向、作用点和大小三要素。此时，必须结合定位装置的结构形式，并分析工件的结构特点、加工要求、切削力及作用在工件上的其他外力，以此基础来确定夹紧力的方向、作用点和大小。1. 夹紧力的方向确定夹紧力的方向确定应考虑以下三个方面：（1） 夹紧力的方向要有助于定位的稳定，而且主要夹紧力应该垂直主要的定位基面。如图3-2所示图3-2 夹紧力的方向垂直主要定位基面 （2） 夹紧力的方向应该与工件刚度高的方向一致，有利于减少工件的变形。（3） 夹紧力的方向要尽可能与切削力及重力的方向一致，利于减小夹紧力。 图3-3 夹紧力与切削力、重力的关系 a夹紧力W与重力G、切削力F方向一致，可以不夹紧或用很小的夹紧力。b夹紧力W与切削力垂直，夹紧力较小，WF/fGc夹紧力W与切削力F成夹角，夹紧力较大 d夹紧力W与切削力F、重力G垂直，夹紧力最大，W（）fe夹紧力W与切削力F、重力G反向，夹紧力较大，WFG由上述分析可知，a、b优先选用。2. 夹紧力的作用点夹紧力的作用点选取是否适当，对工件定位可靠程度、工件夹紧变形的大小、夹紧装置的复杂程度和使用可靠性等有着较大的影响。所以，夹紧力作用点的确定应遵循以下原则：（1） 夹紧力的作用点应该正对定位元件或位于定位元件所组成的支承面内。（2） 夹紧力的作用点应该位于工件刚度较高的的位置，避免工件的夹紧变形较大。（3） 夹紧力的作用点应该靠近工件的加工表面，以提高定位的稳定性。本次夹具设计所采用的夹紧装置如图3-4、3-5所示，图3-4是工件夹紧时的俯视图，图3-5是为了更好表达夹紧装置的左剖视图。图3-4 工件夹紧俯视图图3-5 工件夹紧左剖视图 由图3-4可知 ，工件由前后各两块压板实现压紧，采用如图3-6所示的动力装置。在图3-5中工件前后各有一个气缸，作为夹紧动力源，一个气缸的活塞杆通过托架将力分支，带动两块压板实现同时夹紧。顶柱、双头螺柱及其他附件是中间机构，具有传递力和改变力方向的作用。压板是夹紧元件，夹紧力的方向与重力方向一致，垂直于定位基面；夹紧力的作用点位于定位元件支承板的定位面内，故夹紧力的方向和作用点均选取合适，有利于机械加工。图3-6 工件夹紧动力装置3. 夹紧力大小的估算在夹紧力的方向和作用点的位置确定后，还需要合理的确定夹紧力的大小，夹紧力的大小应该选取适当，不易过大也不易过小。夹紧力的计算是个很复杂的过程，一般只能粗略的估算，因为在切削加工过程中，工件受到切削力、重力、离心力等一系列力的作用。从理论上而言，夹紧力的作用效果应与上述力或力矩相平衡。为简化夹紧力的计算，通常认为工艺系统是刚性的，但为了保证夹紧可靠，需要再乘以安全系数，就可粗略的得到实际需要的夹紧力。根据常见的典型夹紧形式所需夹紧力的计算公式，工件以一面两孔进行定位且夹紧力与切削力相互垂直，相应的计算公式为：式中为圆柱销上承受的部分切削力 为圆柱销的宽度 为圆柱销的长度 为许用挤压应力 为夹紧元件与工件的摩擦系数 为工件与夹具支承面间的摩擦系数本次设计的是精镗孔的夹具，用于精加工取；取；由设计知道：l15；安全系数K的选取，为基本安全系数，一般取1.5；为加工状态系数，精加工；为刀具钝化系数，一般；为切削特点系数，连续加工；为考虑夹紧动力稳定性系数，机动加紧：；为考虑手动夹紧时手柄位置系数，；为有力矩作用在工件时，才应考虑支承面接触情况的系数，工件在支承板上定位；为保证工件的夹紧可靠，K值不应小于2.5。本次设计中K值为：1.51.01.51.01.01.01.53.375为保证可靠度取K3.5；所以，409.85N本次设计采用的是四块压板压在工件上实现夹紧，总的夹紧力Q409.8541639.4N3.2 夹具误差分析3.2.1 夹具误差分析与计算由之前计算得定位误差D0；由机床夹具设计手册可得夹紧误差JYmaxYmincos其中接触变形位移值：Y0.018则JY cos0.013加工过程中造成的加工误差GC通常不超过0.02夹具对刀误差DD选取0.03误差总和：AZDDGC0.0630.2经过上述分析可知，所设计的夹具可以满足工件的加工要求。38第4章 夹具结构分析与设计4.1 夹紧装置的总体设计 4.1.1 夹紧机构的类型（1） 斜楔夹紧机构 斜楔夹紧机构是最基本的夹紧结构形式之一，螺旋夹紧机构、圆偏心夹紧机构、定心对中夹紧机构均由斜楔夹紧机构演变而成。因为手动的斜楔夹紧机构在夹紧时费时、费力，效率也很低，所以实际上往往是与其他元件组成复合夹紧机构。图4-1所示为斜楔夹紧机构实例图4-1 斜楔夹紧机构实例（2） 螺旋夹紧机构 螺旋夹紧机构是一种应用广泛的夹紧机构，它利用螺杆来夹紧工件或与其他元件组合形成复合夹紧机构。由于螺旋夹紧机构结构简单，容易制造，夹紧可靠，且扩大比大和夹紧行程不受限制等优势，因而在手动夹紧装置中得到广泛应用。图4-2为螺旋夹紧机构图4-2 螺旋夹紧机构（3） 圆偏心夹紧机构 圆偏心夹紧机构用于切削力不大且振动很小的场合，因为偏心圆的夹紧力小，自锁性能也不是很好。为了满足自锁条件，其夹紧行程受到限制，用于夹紧行程较小的场合。图4-3为圆偏心夹紧机构实例图4-3 圆偏心夹紧机构实例（4） 铰链夹紧机构 因铰链夹紧机构的结构简单，扩大比大，适用于多点或多件夹紧，在气动或液动夹具中得到广泛运用。（5） 联动夹紧机构 为了提高效率，工件在夹具中有时需要几个点对工件进行夹紧，而有时需要同时夹紧几个工件，这样就可以采用联动夹紧机构。图4-3 单件联动夹紧机构 图4-4 多件联动夹紧机构4.1.2 夹紧机构的设计图3-4、3-5、3-6给出了本夹具设计的夹紧装置类型，采用气动作为夹紧装置的动力源，气动夹紧装置使用的是压缩空气，压力为0.40.6MPa。气动夹紧具以下优点：（1） 夹紧力基本恒定。（2） 夹紧动作迅速，省力。（3） 空气作为介质，对环境无污染。为了提高生产效率，便于工人装卸工件，在设计时，通过中间机构让压板随气缸活塞杆缩回时能够自动让出，脱离与工件接触；而夹紧时，又可与工件接触夹紧。这样设计有利于工人装卸工件，不会产生工件装卸时与夹紧装置干涉。图4-5给出了所设计的夹紧机构图4-5 夹紧机构设计1. 压板的设计 压板与工件接触，实现夹紧，是夹紧件。压板应具有一定的强度、刚度和耐磨性，以防止在夹紧过程中出现破坏和变形，造成夹紧不可靠，故在材料上选用45钢，热处理后硬度达到3540HRC。压板的具体结构如图4-6所示图4-6 压板的结构2. 托架和顶柱的设计 气缸活塞杆产生的推力由托架分支成两大小和方向相等的力，顶柱与托架通过螺纹连接，由顶柱将力传递给压板实现夹紧。托架和顶柱的具体结构如图4-7所示图4-7 托架和顶柱的结构4.2 导向装置的总体设计4.2.1 导向装置刀具的导向是为了保证孔的位置精度，增加钻头或镗杆的支撑，以提高其刚度和减小刀具的变形，确保孔加工的位置精度。镗床夹具和钻床夹具很相似，而其导引刀具的导向元件称为镗套。然而，镗套的结构和精度直接影响镗孔的精度和表面粗糙度。镗套的结构形式按运动形式的不同，可分为以下两种。（1） 固定式镗套 固定式镗套在镗孔过程中不随镗杆转动，其结构形式如图4-8所示。此类型镗套的缺点是镗杆在镗套中有相对转动和轴向移动，所以存在磨损，不利于长期保持精度，只适用于低速情况下的镗孔加工，一般线速度V0.3m/s，固定式镗套的导向长度L（1.52）d。图4-8 固定式镗套（2） 回转式镗套 在镗孔过程中，随镗杆一起转动，并与镗杆有相对轴向进给运动的镗套称为回转式镗套。显然，回转式镗套的磨损很小，不会因摩擦发热出现“卡死”现象，故可用于高速情况下的工作。回转式镗套一般用于镗削孔距较大的孔系，回转镗套的导向长度L（1.53）d。其结构如图4-9所示图4-9 回转式镗套 4.2.2 镗床夹具的主要类型镗床夹具又称为镗模，主要用来加工箱体、支架等类型工件上的精度要求较高的孔或孔系的机床夹具。镗模的结构形式主要取决于导向的设置，导向装置的设置要考虑加工孔的位置精度，更要考虑的是加工时镗杆的刚度。因而，应该视加工的具体情况设置导向使镗杆获得高的支撑刚度。（1） 单支承导向 这类镗模只有一个导向支承，镗杆与机床主轴采用刚性连接。这种布置方式，机床主轴的回转精度会影响工件的镗孔精度，因此这种方式适用于小孔和短孔的加工。图4-10为前单支承导向，4-11为后单支承导向 图4-10 前单支承导向镗套布置在刀具的前面，即为前单支承导向。这类导向方式便于观察和测量，但切屑易带入镗套中，刀具切入退出的行程比较长。图4-11 后单支承导向后单支